Открытие года: создан первый в мире полупроводник из графена, который заменит кремний

Ученые из Технологического института Джорджии (США) разработали первый в мире функциональный полупроводник с использованием графена. Это устройство можно использовать в обычной электронике и даже для квантовых вычислений, пишет Interesting engineering.

"Для меня это сопоставимо с тем, что сделали братья Райт", — сказал Уолтер де Хир, профессор физики, руководивший исследованиями, намекая на то, что его графеновый чип также важен для развития технологий, как был важен первый самолет, способный к полету, созданный инженерами братьями Райт — ред.

Графен имеет двумерную структуру, образованную одним слоем атомов углерода, организованных в гексагональную решетку. Он известен своими исключительными качествами такими, как электропроводность, механическая прочность и гибкость.

"Это чрезвычайно прочный материал, который может выдерживать очень большие токи, не нагреваясь и не расплавляясь", — сказал де Хир.

Полупроводники — материалы, способные к электропроводности в определенных условиях. Учитывая, что широко используемый в кремниевый материал приближается к пределу своих возможностей в условиях растущего спроса на более быструю обработку и меньшие по размеру электронные устройства, графен мог бы стать ему отличной заменой. Графеновый полупроводник, созданный в Технологическом институте Джорджии совместим с "традиционными методами обработки микроэлектроники".

Профессор Де Хир и его коллеги наращивали слои графена на пластинах карбида кремния под высокой температурой. В результате образовался эпитаксиальный графен — так называется тот слой графена, который прилип к слою карбида кремния. Проведя ряд тестов, исследователи доказали, что эпитаксиальный графен химически связывается с карбидом кремния, демонстрируя полупроводниковые характеристики. Ученые также использовали метод легирования для проверки проводимости материала. Их эксперименты показали, что этот новый полупроводниковый графен имеет подвижность электронов в 10 раз большую, чем кремний.

Однако команда столкнулась с серьезной проблемой, когда дело дошло до налаживания функции пропускания, которая отвечает за включение и выключение полупроводников (благодаря этому включению и выключению формируется двоичный код, состоящий из 0 и 1, — ред.). Дело в том, что графен не имеет так называемой "запрещенной зоны", которая бы позволяла включаться и выключаться в нужные моменты, а не произвольно. Но ученым удалось разработать технологию, позволяющую установить такую зону зону. Теперь графеновый полупроводник работает исправно и вполне может заменить кремниевый.

Ранее мы писали о том, что ученые хотят создать процессор на 1-нм. Предполагается, что 1-нанометровые полупроводники войдут в массовое производство уже в 2030-х годах и будут на 20% производительнее, чем 2-нанометровые чипы.